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DE102005059314B4 - Acid, chromium-free aqueous solution, its concentrate, and a process for the corrosion protection treatment of metal surfaces - Google Patents

Acid, chromium-free aqueous solution, its concentrate, and a process for the corrosion protection treatment of metal surfaces Download PDF

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DE102005059314B4
DE102005059314B4 DE102005059314.3A DE102005059314A DE102005059314B4 DE 102005059314 B4 DE102005059314 B4 DE 102005059314B4 DE 102005059314 A DE102005059314 A DE 102005059314A DE 102005059314 B4 DE102005059314 B4 DE 102005059314B4
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complex
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Dr. Frey Stefan
Sophie Cornen
Franz-Adolf Czika
Dr. Droniou Patrick
Silvia Hohagen
Dr. Kuhm Peter
Dr. Krömer Jens
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Henkel AG and Co KGaA
Original Assignee
Henkel AG and Co KGaA
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Abstract

Saure, chromfreie wässrige Lösung eines Fluoro-Komplexes mindestens eines Elements M ausgewählt aus der Gruppe B, Si, Ti, Zr und Hf mit einem pH-Wert im Bereich von 2 bis 5,5 zur Behandlung von Metalloberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlicha) sowohl Zinkionen als auch Magnesiumionen,b) eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus: Zinnionen, Wismutionen, Puffersystemen für den pH-Bereich von 2,5 bis 5,5, aromatischen Carbonsäuren mit mindestens zwei Gruppen, die Donoratome enthalten, oder Derivaten solcher Carbonsäuren,c) Kupferionen und/oder Silberionen enthält.Acid, chromium-free aqueous solution of a fluoro-complex of at least one element M selected from the group B, Si, Ti, Zr and Hf having a pH in the range from 2 to 5.5 for the treatment of metal surfaces, characterized in that they additionally a b) one or more components selected from: tin ions, bismuths, pH 2.5 to 5.5 buffer systems, aromatic carboxylic acids having at least two groups containing donor atoms, or derivatives of such carboxylic acids , c) contains copper ions and / or silver ions.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Produkt zur Korrosionsschutzbehandlung von Metalloberflächen. Weiterhin wird ein spezieller Verfahrensablauf zur Korrosionsschutzbehandlung speziell von Stahloberflächen beschrieben. Die Korrosionsschutzbehandlung ist vor allem als Vorbehandlung für eine nachfolgende kathodische Elektrotauchlackierung gedacht.The present invention relates to a new product for anticorrosive treatment of metal surfaces. Furthermore, a special process for corrosion protection treatment especially of steel surfaces is described. The corrosion protection treatment is intended above all as a pretreatment for a subsequent cathodic electrodeposition coating.

Korrosionsschutzmittel, die eine saure wässrige Lösung von Fluoro-Komplexen darstellen, sind seit langem bekannt. Sie werden zunehmend als Ersatz für Chromatierverfahren eingesetzt, die wegen der toxikologischen Eigenschaften von Chromverbindungen zunehmend weniger verwendet werden. In der Regel enthalten derartige Lösungen von Fluoro-Komplexen weitere korrosionsschützende Wirkstoffe, die Korrosionsschutzwirkung und Lackhaftung weiter verbessern.Anticorrosion agents, which are an acidic aqueous solution of fluoro complexes, have long been known. They are increasingly used as a replacement for chromating, which are increasingly less used because of the toxicological properties of chromium compounds. As a rule, such solutions of fluoro-complexes contain further anti-corrosive agents that further improve the anti-corrosion effect and paint adhesion.

Beispielsweise beschreibt die DE 19 33 013 A in einem Ausführungsbeispiel eine Behandlungslösung, die eine wässrige Lösung von Ammoniumhexafluorozirkonat, Natriumnitrat, Cobaltnitrat und Natrium-m-nitrobenzolsulfonat darstellt und einen pH-Wert von 5,2 hat. Die Lösung kann zur Behandlung von Zink-, Stahl- oder Aluminiumoberflächen eingesetzt werden. EP 1 571 237 A1 beschreibt eine Behandlungslösung und Behandlungsmethode für Eisen-, Zink-, Aluminium- und Magnesium-haltige Oberflächen. Diese Lösung hat einen pH-Wert im Bereich von 2 bis 6 und enthält 5 bis 5.000 ppm Zirkonium und/oder Titan sowie 0,1 bis 100 ppm freies Fluorid. Zusätzlich kann die Lösung weitere Komponenten ausgewählt aus Chlorat, Bromat, Nitrit, Nitrat, Permanganat, Vanadat, Wasserstoffperoxid, Wolframat, Molybdat oder jeweils die zugehörigen Säuren enthalten. Organische Polymere können ebenfalls anwesend sein. Nach der Behandlung mit einer derartigen Lösung können die Metalloberflächen mit einer weiteren passivierenden Lösung nachgespült werden. EP 1 405 933 A1 offenbart eine Zusammensetzung zur Behandlung von Oberflächen von Eisen und/oder Zink, die zumindest ein Metall aus der Gruppe Ti, Zr, Hf und Si sowie eine Fluorionenquelle enthält, wobei bestimmte Bedingungen an die Konzentrationsverhältnisse dieser beiden Komponenten gestellt werden. Zusätzlich kann diese Lösung dieselben weiteren Wirkstoffe wie in EP 1 571 237 A1 enthalten. Als weitere Komponenten können Metallionen ausgewählt aus der Gruppe Ag, Al, Cu, Fe, Mn, Mg, Ni, Co und Zn anwesend sein. DE 100 10 758 A1 offenbart eine Behandlungslösung insbesondere für Oberflächen aus Zink, Aluminium und/oder Magnesium, die komplexe Fluoride von Ti, Zr, Hf, Si und/oder B sowie organische Polymere enthält. Zusätzlich kann die Lösung Ionen eines oder mehrerer der Metalle Mn, Ce, Li, V, W, Mo, Mg, Zn, Co und Ni enthalten. Weitere potentielle Zusätze sind Verbindungen, die bei der schichtbildenden Phosphatierung als Phosphatierungsbeschleuniger bekannt sind. WO 95/14539 A1 beschreibt Behandlungslösungen für Metalloberflächen, insbesondere für Aluminium, die komplexe Fluoride von Ti, Zr, Hf, Si, Ge, Sn oder B sowie organische Hydroxycarbonsäuren mit mindestens 2 Hydroxylgruppen (wobei die Hydroxylgruppen der Carbonsäuregruppen nicht gezählt werden) pro Carbonsäuregruppe enthalten. Ein spezielles Beispiel einer derartigen Säure ist Gluconsäure.For example, this describes DE 19 33 013 A in one embodiment, a treating solution which is an aqueous solution of ammonium hexafluorozirconate, sodium nitrate, cobalt nitrate, and sodium m-nitrobenzenesulfonate and has a pH of 5.2. The solution can be used to treat zinc, steel or aluminum surfaces. EP 1 571 237 A1 describes a treatment solution and treatment method for iron, zinc, aluminum and magnesium containing surfaces. This solution has a pH in the range of 2 to 6 and contains 5 to 5,000 ppm of zirconium and / or titanium and 0.1 to 100 ppm of free fluoride. In addition, the solution may contain further components selected from chlorate, bromate, nitrite, nitrate, permanganate, vanadate, hydrogen peroxide, tungstate, molybdate or in each case the associated acids. Organic polymers may also be present. After treatment with such a solution, the metal surfaces can be rinsed with another passivating solution. EP 1 405 933 A1 discloses a composition for treating surfaces of iron and / or zinc containing at least one of Ti, Zr, Hf and Si, and a fluorine ion source, with certain conditions being set to the concentration ratios of these two components. In addition, this solution may contain the same additional active ingredients as in EP 1 571 237 A1 contain. As further components, metal ions selected from the group Ag, Al, Cu, Fe, Mn, Mg, Ni, Co and Zn can be present. DE 100 10 758 A1 discloses a treatment solution especially for surfaces of zinc, aluminum and / or magnesium containing complex fluorides of Ti, Zr, Hf, Si and / or B as well as organic polymers. Additionally, the solution may contain ions of one or more of the metals Mn, Ce, Li, V, W, Mo, Mg, Zn, Co, and Ni. Further potential additives are compounds which are known in the case of layer-forming phosphation as phosphatization accelerators. WO 95/14539 A1 describes treatment solutions for metal surfaces, in particular for aluminum, containing complex fluorides of Ti, Zr, Hf, Si, Ge, Sn or B as well as organic hydroxycarboxylic acids having at least 2 hydroxyl groups (wherein the hydroxyl groups of the carboxylic acid groups are not counted) per carboxylic acid group. A specific example of such an acid is gluconic acid.

In allen diesen Dokumenten wird entweder allgemein in der Beschreibung oder speziell in den Ausführungsbeispielen erwähnt, dass die mit der genannten Lösung behandelten Metalloberflächen getrocknet werden, bevor sie mit einer weiteren organischen Beschichtung wie beispielsweise einem Lack überzogen werden. Speziell bei der Herstellung, Vorbehandlung und Lackierung von Automobilkarosserien ist es jedoch wegen der kurzen Taktzeiten und einer möglichst geringen Länge der Vorbehandlungslinie erwünscht, dass die vorbehandelten Karosserien ohne Zwischentrocknung, d.h. in nassem Zustand in das Tauchlackbad eingefahren werden. Ein Trocknungsschritt, bei dem die Vorbehandlungsschicht beispielsweise durch Entwässern chemisch modifiziert und/oder verfestigt werden kann, ist dabei unerwünscht. Daher muss bei der Vorbehandlung eine korrosionsschützende Schicht erzeugt werden, die ohne eine Trocknung vor Aufbringen einer ersten organischen Lackschicht die erforderliche Wirkung für Korrosionsschutz und Lackhaftung aufweist.In all of these documents, either generally in the specification or specifically in the embodiments, it is mentioned that the metal surfaces treated with said solution are dried before being coated with another organic coating such as a varnish. Especially in the manufacture, pretreatment and painting of automobile bodies, however, it is desirable, because of the short cycle times and as short a length as possible of the pretreatment line, that the pretreated bodies without intermediate drying, i. when wet, retract into the dip bath. A drying step in which the pretreatment layer can be chemically modified and / or solidified by dewatering, for example, is undesirable. Therefore, in the pretreatment, a corrosion-protective layer must be produced, which has the required effect for corrosion protection and paint adhesion without drying before applying a first organic paint layer.

Ein Beschichtungsverfahren, das diesen Anforderungen genügt, ist in EP 433 876 A1 beschrieben. Die Behandlung von beispielsweise Oberflächen von Stahl, Zink und Aluminium erfolgt hier mit einer Lösung, die Zr, Ti und/oder Hf sowie Fluoridionen und zusätzlich ein wasserlösliches Harz enthält, das als Polyvinyl- oder Polyallylamin angesehen werden kann. In dem einzigen Ausführungsbeispiel, das eine Lackierung der nass gehaltenen vorbehandelten Metalloberfläche beschreibt, wird eine wässrige Lösung von Fluorozirkonsäure, Polyallylamin, Zinknitrat, Kieselsäure und Ascorbinsäure eingesetzt. Hier ist zu erwarten, dass das organische Polymer eine wesentliche Komponente für die Korrosionsschutzwirkung und die Lackhaftung darstellt. Die Anwesenheit organischer Polymere in Vorbehandlungslösungen ist jedoch häufig unerwünscht, da sie zu Schwierigkeiten bei der Abwasserbehandlung führen können.A coating process that meets these requirements is in EP 433 876 A1 described. The treatment of, for example, surfaces of steel, zinc and aluminum is carried out here with a solution containing Zr, Ti and / or Hf and fluoride ions and additionally a water-soluble resin, which can be regarded as polyvinyl or polyallylamine. In the only embodiment which describes painting of the wet-treated pretreated metal surface, an aqueous solution of fluorozirconic acid, polyallylamine, zinc nitrate, silicic acid and ascorbic acid is used. Here it can be expected that the organic polymer is an essential component for the corrosion protection effect and the paint adhesion. However, the presence of organic polymers in pretreatment solutions is often undesirable because they can lead to difficulties in wastewater treatment.

Oberflächen von Zink, Aluminium und verzinktem Stahl lassen sich mit sehr unterschiedlich zusammengesetzten wässrigen Lösungen von Fluoro-Komplexen vorbehandeln, wobei die vorstehend genannten Anforderungen eingehalten werden können. Bei nicht vorbeschichteten Stahloberflächen lassen sich die genannten Anforderungen bisher im Wesentlichen nur mit einer schichtbildenden Zinkphosphatierung erfüllen. Gegenüber dem Standard der schichtbildenden Zinkphosphatierung zeigt eine Vorbehandlung mit wässrigen Lösungen von Fluoro-Komplexen signifikante Nachteile bezüglich Korrosionsschutzwirkung und Lackhaftung, wenn die vorbehandelten Oberflächen vor der Lackierung nicht getrocknet werden.Surfaces of zinc, aluminum and galvanized steel can be pretreated with very differently composed aqueous solutions of fluoro-complexes, wherein the above Requirements can be met. In the case of steel surfaces which have not been precoated, the stated requirements can hitherto essentially be fulfilled only with a layer-forming zinc phosphating. Compared to the standard of zinc phosphatizing coatings, pretreatment with aqueous solutions of fluoro-complexes shows significant disadvantages in terms of anticorrosive effect and paint adhesion if the pretreated surfaces are not dried before painting.

Die EP 1 433 877 A1 offenbart eine Vorbehandlungsmethode für die Metalle Eisen, Zink und Aluminium basierend auf sauren wässrigen Behandlungslösungen enthaltend neben Verbindungen der Elemente Zr, Ti und Hf und des Elements Fluor organische Aminosilane und ggf. weitere die Korrosion und Adhäsion verbesserende Bestandteile wie Ionen der Elemente Mg, Zn, Ca, Al, Ga, In und Cu. Im Rahmen der Untersuchungen, die zur zugrundeliegenden Erfindung führten, wurde deutlich, dass ein Zusatz von einer oder mehreren Komponenten ausgewählt aus Zinnionen, Wismutionen, Puffersystemen für den pH-Bereich von 2,5 bis 5,5, aromatischen Carbonsäuren oder Derivaten hiervon die Korrosionsschutzwirkung von wässrigen Lösungen von Fluoro-Komplexen für Oberflächen aus Stahl, Aluminium, Zink und verzinktem Stahl generell verbessert. Dies gilt unabhängig davon, ob die Oberflächen zwischen dem Kontakt mit dieser Lösung und einer nachfolgenden Lackierung getrocknet werden oder nicht. Derartige Behandlungslösungen zeigen eine positive Wirkung für Korrosionsschutz und Lackhaftung von Metalloberflächen allgemein.The EP 1 433 877 A1 discloses a pretreatment method for the metals iron, zinc and aluminum based on acidic aqueous treatment solutions comprising, in addition to compounds of the elements Zr, Ti and Hf and the element fluoro organic aminosilanes and optionally other corrosion and adhesion enhancing constituents such as ions of the elements Mg, Zn, Ca, Al, Ga, In and Cu. In the investigations that led to the underlying invention, it became clear that the addition of one or more components selected from tin ions, bismuth ions, buffer systems for the pH range from 2.5 to 5.5, aromatic carboxylic acids or derivatives thereof, the corrosion protection effect of aqueous solutions of fluoro-complexes for surfaces of steel, aluminum, zinc and galvanized steel generally improved. This is true regardless of whether or not the surfaces are dried between contact with this solution and a subsequent finish. Such treatment solutions show a positive effect for corrosion protection and paint adhesion of metal surfaces in general.

Vorliegende Erfindung liegt also in der Bereitstellung einer sauren, chromfreien wässrigen Lösung mindestens eines Elements M ausgewählt aus der Gruppe B, Si, Ti, Zr und Hf mit einem pH-Wert im Bereich von 2 bis 5,5 zur Behandlung von Metalloberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich

  1. a) sowohl Zinkionen als auch Magnesiumionen,
  2. b) eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus: Zinnionen, Wismutionen, Puffersystemen für den pH-Bereich von 2,5 bis 5,5, aromatischen Carbonsäuren mit mindestens zwei Gruppen, die Donoratome enthalten, oder Derivaten solcher Carbonsäuren,
  3. c) Kupferionen und/oder Silberionen enthält.
The present invention is thus characterized in the provision of an acidic, chromium-free aqueous solution of at least one element M selected from the group B, Si, Ti, Zr and Hf having a pH in the range from 2 to 5.5 for the treatment of metal surfaces that in addition
  1. a) both zinc ions and magnesium ions,
  2. b) one or more components selected from: tin ions, bismuth ions, buffer systems for the pH range from 2.5 to 5.5, aromatic carboxylic acids having at least two groups containing donor atoms, or derivatives of such carboxylic acids,
  3. c) copper ions and / or silver ions.

Als eine der vorstehend genannten Komponenten kann die Behandlungslösung aromatische Carbonsäuren enthalten, die dadurch charakterisiert sind, dass sie im Molekül mindestens 2 Gruppen aufweisen, die Donoratome enthalten. Donoratome sind solche Atome, die freie Elektronenpaare tragen, über die sie an Übergangsmetallionen koordinieren können. Typische Donoratome sind Sauerstoff-, Stickstoff- und Schwefelatome. Die Carboxylgruppe der aromatischen Carbonsäuren ist also selbst bereits eine Gruppe, die Donoratome enthält. Eine aromatische Carbonsäure, deren Molekül mindestens 2 Carboxylgruppen aufweist, fällt also unter die genannte Definition. Weiterhin fallen hierunter solche aromatischen Carbonsäuren, die außer der Carboxylgruppe beispielsweise mindestens eine Hydroxylgruppe, mindestens eine Aminogruppe oder mindestens eine Nitrogruppe tragen. Beispiele derartiger Carbonsäuren sind die unterschiedlichen Stellungsisomere der Benzoldicarbonsäure, insbesondere Phthalsäure oder die unterschiedlichen Stellungsisomere von Hydroxy-, Amino- oder Nitrobenzoesäure.As one of the above-mentioned components, the treating solution may contain aromatic carboxylic acids characterized by having at least 2 groups in the molecule containing donor atoms. Donor atoms are those atoms that carry lone pairs of electrons through which they can coordinate to transition metal ions. Typical donor atoms are oxygen, nitrogen and sulfur atoms. Thus, the carboxyl group of the aromatic carboxylic acids is itself already a group containing donor atoms. An aromatic carboxylic acid whose molecule has at least 2 carboxyl groups thus falls under the definition mentioned. Furthermore, these include those aromatic carboxylic acids which bear, in addition to the carboxyl group, for example at least one hydroxyl group, at least one amino group or at least one nitro group. Examples of such carboxylic acids are the different positional isomers of benzenedicarboxylic acid, in particular phthalic acid or the different position isomers of hydroxy, amino or nitrobenzoic acid.

Dabei sind allgemein solche aromatischen Carbonsäuren bevorzugt, bei denen mindestens 2 Gruppen, die Donoratome enthalten, so angeordnet sind, dass über die Donoratome 5-, 6- oder 7-gliedrige Chelatkomplexe mit Übergangsmetallionen gebildet werden können. Besonders bevorzugte aromatische Carbonsäuren sind demnach: Phthalsäure, Salicylsäure, o-Aminobenzoesäure oder o-Nitrobenzoesäure. Anstelle von aromatischen Carbonsäuren, die nur einen einzigen Benzolring enthalten, können auch die entsprechenden Säuren mit kondensierten Ringsystemen, beispielsweise die von Naphthalin oder Anthracen abgeleiteten Säuren eingesetzt werden.In this case, preference is generally given to those aromatic carboxylic acids in which at least 2 groups which contain donor atoms are arranged in such a way that 5, 6 or 7-membered chelate complexes with transition metal ions can be formed via the donor atoms. Accordingly, particularly preferred aromatic carboxylic acids are: phthalic acid, salicylic acid, o-aminobenzoic acid or o-nitrobenzoic acid. Instead of aromatic carboxylic acids containing only a single benzene ring, the corresponding acids with fused ring systems, for example, the naphthalene or anthracene-derived acids can be used.

Dabei können auch Derivate der genannten Carbonsäuren eingesetzt werden. Hierunter werden solche Moleküle verstanden, bei denen eines oder mehrere Wasserstoffatome der Grundform (z.B. Wasserstoffatome am aromatischen Kern, Wasserstoffatome der Hydroxy- oder Aminogruppen oder Wasserstoffatome der Carbonsäuregruppen) durch andere Atome oder Atomgruppen ersetzt sind.It is also possible to use derivatives of the carboxylic acids mentioned. These are understood as meaning those molecules in which one or more hydrogen atoms of the basic form (for example hydrogen atoms on the aromatic nucleus, hydrogen atoms of the hydroxyl or amino groups or hydrogen atoms of the carboxylic acid groups) have been replaced by other atoms or atomic groups.

Aus toxikologischen Gründen wird eine erfindungsgemäße wässrige Lösung eingesetzt, die im Wesentlichen frei ist von Chrom(VI)-Verbindungen und die vorzugsweise überhaupt keine Chrom-Verbindungen enthält. Dabei bleiben Spuren von Chrom-Verbindungen unberücksichtigt, die durch Herauslösen aus Edelstahlbehältern in die Behandlungslösung gelangen können. Als „chromfrei“ in diesem Sinne werden Behandlungslösungen verstanden, die nicht mehr als 1 ppm, insbesondere nicht mehr als 0,1 ppm Chrom enthalten. Die erfindungsgemäßen Behandlungslösungen stellen keine Phosphatierlösungen dar, d. h. sie führen nicht zur Ausbildung einer amorphen oder kristallinen Phosphatschicht. Dies wird dadurch erreicht, dass die Behandlungslösungen vorzugsweise nicht mehr als 1 g/l anorganische Phosphate oder Phosphorsäure, berechnet als PO4 3-, enthalten. For toxicological reasons, an aqueous solution according to the invention is used which is substantially free of chromium (VI) compounds and which preferably contains no chromium compounds at all. This leaves traces of chromium compounds unconsidered, which can reach the treatment solution by being dissolved out of stainless steel containers. As "chromium-free" in this sense, treatment solutions are understood to contain not more than 1 ppm, in particular not more than 0.1 ppm chromium. The treatment solutions according to the invention do not represent phosphating solutions, ie they do not lead to the formation of an amorphous or crystalline phosphate layer. This is achieved by the fact that Treatment solutions preferably not more than 1 g / l of inorganic phosphates or phosphoric acid, calculated as PO 4 3- , included.

Phosphat-Gehalte im Bereich von beispielsweise 10 bis 500 mg/l sind jedoch tolerierbar und können sogar die Wirkung der Behandlungslösung verbessern.However, phosphate contents in the range of, for example, 10 to 500 mg / l are tolerable and may even improve the effect of the treatment solution.

Die erfindungsgemäße saure Behandlungslösung weist einen pH-Wert im Bereich von 2 bis 5,5, insbesondere von 3,5 bis 5 auf. Vorzugsweise wird der pH-Wert auf den genannten sauren Bereich dadurch eingestellt, dass man den Fluoro-Komplex zumindest teilweise in Form einer Säure einsetzt. Er kann jedoch auch durch eine andere Säure, beispielsweise Salpetersäure, eingestellt werden.The acidic treatment solution according to the invention has a pH in the range from 2 to 5.5, in particular from 3.5 to 5. Preferably, the pH is adjusted to the said acidic range by using the fluoro-complex at least partially in the form of an acid. However, it can also be adjusted by another acid, for example nitric acid.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wässrige Lösung zusätzlich zu mindestens einer der genannten essentiellen Komponenten (Zinnionen, Wismutionen, Puffersystemen für den pH-Bereich von 2,5 bis 5,5, aromatischen Carbonsäuren oder Derivaten hiervon) sowohl Zinkionen als auch Magnesiumionen enthält und die Anwesenheit von Kupfer- und/oder Silberionen erforderlich ist.It is provided according to the invention that the aqueous solution contains in addition to at least one of said essential components (tin ions, bismuthions, buffer systems for the pH range from 2.5 to 5.5, aromatic carboxylic acids or derivatives thereof) both zinc ions and magnesium ions, and the presence of copper and / or silver ions is required.

Die eine oder mehrere essentiellen Komponententen liegen vorzugsweise in folgenden Konzentrationsbereichen vor:

  • Zinnionen: 1 bis 2000 mg/l, vorzugsweise 5 bis 500 mg/l,
  • Wismutionen: 1 bis 2000, vorzugsweise 5 bis 500 mg/l,
  • Puffersystem für den pH-Bereich von 2,5 bis 5,5: in einer solchen Menge, dass sich der pH-Wert der Lösung bei einem Eintrag von einem Val Säure oder Lauge pro Liter Lösung um nicht mehr als 0,2 Einheiten verändert,
  • aromatische Carbonsäuren: 0,1 bis 1000, vorzugsweise 1 bis 500 mg/l.
The one or more essential components are preferably present in the following concentration ranges:
  • Tin ions: 1 to 2000 mg / l, preferably 5 to 500 mg / l,
  • Bismuths: 1 to 2000, preferably 5 to 500 mg / l,
  • Buffering system for the pH range from 2.5 to 5.5: in such an amount that the pH of the solution does not change by more than 0.2 units given an entry of one Val acid or lye per liter of solution,
  • aromatic carboxylic acids: 0.1 to 1000, preferably 1 to 500 mg / l.

Bevorzugt gilt für die folgenden fakultativen oder erfindungsgemäß zwingend in der wässrigen Lösung enthaltenen Komponenten:

  • Nitrationen: 0,1 bis 5000 mg/l, vorzugsweise 1 bis 1000 mg/l,
  • Kupfer-, Cobalt-, Nickel- und/oder Silberionen: jeweils 0,1 bis 300 mg/l, vorzugsweise1 bis 30 mg/l,
  • Vanadium- oder Vanadationen: 1 bis 2000, vorzugsweise 5 bis 500 mg/l (als Vanadium berechnet),
  • Magnesiumionen: 1 bis 2000, vorzugsweise 5 bis 500 mg/l,
  • Manganionen: 1 bis 2000 mg/l, vorzugsweise 5 bis 500 mg/l,
  • Zinkionen: 1 bis 2000, vorzugsweise 5 bis 500 mg/l,
The following are optional for the following optional or according to the invention necessarily contained in the aqueous solution:
  • Nitrate ions: 0.1 to 5000 mg / l, preferably 1 to 1000 mg / l,
  • Copper, cobalt, nickel and / or silver ions: in each case 0.1 to 300 mg / l, preferably 1 to 30 mg / l,
  • Vanadium or vanadium ions: 1 to 2000, preferably 5 to 500 mg / l (calculated as vanadium),
  • Magnesium ions: 1 to 2000, preferably 5 to 500 mg / l,
  • Manganese ions: 1 to 2000 mg / l, preferably 5 to 500 mg / l,
  • Zinc ions: 1 to 2000, preferably 5 to 500 mg / l,

Als Puffersystem für den genannten pH-Bereich ist insbesondere ein Essigsäure/Acetat-Puffer geeignet. Ein weiteres geeignetes Puffersystem basiert auf Kaliumhydrogenphthalat.As a buffer system for said pH range, an acetic acid / acetate buffer is particularly suitable. Another suitable buffer system based on potassium hydrogen phthalate.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße wässrige Lösung eine solche Menge an Fluoro-Komplex, dass die Konzentration des Metalls M im Bereich von 1 bis 5.000 mg/l, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 1.000 mg/l und insbesondere im Bereich von 10 bis 500 mg/l liegt. Als Metall M ist Zirkon und/oder Titan besonders bevorzugt.The aqueous solution according to the invention preferably contains an amount of fluoro-complex such that the concentration of the metal M is in the range from 1 to 5,000 mg / l, preferably in the range from 5 to 1,000 mg / l and in particular in the range from 10 to 500 mg / l is. As metal M zirconium and / or titanium is particularly preferred.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass in dem Fluoro-Komplex das Element M ausgewählt ist aus der Gruppe Si, Ti, Zr und Hf und dass die wässrige Lösung im Mittel mindestens 1, vorzugsweise mindestens 3, insbesondere mindestens 5 Fluorionen pro Ion des Elements M enthält. Dabei ist mit der Formulierung „im Mittel“ das rechnerische Atomverhältnis von Fluorionen zu M-Ionen in der wässrigen Lösung gemeint. Wegen der Stabilität von Fluoro-Komplexen der genannten Metalle M ist zu erwarten, dass dann, wenn die erfindungsgemäße wässrige Lösung weniger als 6 Fluorionen pro M-Ion enthält, die Fluorionen nahezu vollständig an die M-Ionen in Form von Fluoro-Komplexen gebunden sind. In diesem Fall sollte also das Fluorid im wesentlichen vollständig als „komplexes Fluorid“ vorliegen.Furthermore, it is preferred that in the fluoro-complex the element M is selected from the group Si, Ti, Zr and Hf and that the aqueous solution contains on average at least 1, preferably at least 3, in particular at least 5 fluorine ions per ion of the element M. , In this case, the term "on average" means the calculated atomic ratio of fluorine ions to M ions in the aqueous solution. Because of the stability of fluoro complexes of the said metals M, it is to be expected that when the aqueous solution of the invention contains less than 6 fluorine ions per M ion, the fluorine ions are almost completely bound to the M ions in the form of fluoro complexes , In this case, therefore, the fluoride should be substantially completely present as a "complex fluoride".

Die erfindungsgemäße wässrige Lösung kann jedoch auch mehr Fluoridionen enthalten als zur vollständigen Bildung von Hexafluoro-Komplexen erforderlich ist. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass im Fluoro-Komplex 6 Fluorionen pro M-Ion vorliegen und dass die überschüssigen Fluoridionen als so genanntes „freies Fluorid“ vorliegen. Dies kann beispielsweise in Form von HF und/oder wasserlöslichen Salzen hiervon der Fall sein. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Fluoro-Komplex 6 Fluorionen pro Ion des Metalls M (M ausgewählt aus Si, Ti, Zr, Hf) vorliegen und dass die wässrige Lösung darüber hinaus noch 1 bis 1.000 mg/l Fluoridionen enthält, die nicht an Zirkon gebunden sind.However, the aqueous solution according to the invention may also contain more fluoride ions than is required for complete formation of hexafluoro-complexes. In this case, it can be assumed that there are 6 fluorine ions per M ion in the fluoro complex and that the excess fluoride ions are present as so-called "free fluoride". This can be for example in the form of HF and / or water-soluble Salts thereof are the case. This embodiment of the present invention is characterized in that 6 fluorine ions per ion of the metal M (M selected from Si, Ti, Zr, Hf) are present in the fluoro complex and that the aqueous solution additionally contains 1 to 1000 mg / l fluoride ions that are not bound to zirconium.

Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einer „Säure“, speziell von „Carbonsäure“ die Rede ist, so ist hierunter die freie Säure und/oder deren Anionen zu verstehen. Dem Fachmann ist bewusst, dass sich unabhängig davon, ob die Säure in freier Form oder in Form von im angegebenen Konzentrationsbereich löslichen Salzen eingesetzt wird, sich ein Gleichgewicht zwischen freier Säure und Salzform einstellt, das von dem pKs-Wert der betreffenden Säure und dem pH-Wert der wässrigen Lösung abhängt. Konzentrationsangaben sind als freie Säure gerechnet. Dasselbe gilt beispielsweise für H2ZrF6 oder andere Säuren, die in der wässrigen Lösung vorhanden sind.If in the context of the present invention an "acid", especially of "carboxylic acid" is mentioned, this is to be understood as the free acid and / or their anions. The skilled person is aware that regardless of whether the acid is used in free form or in the form of salts soluble in the indicated concentration range, an equilibrium between free acid and salt form, which depends on the pKs of the acid in question and the pH Value of the aqueous solution. Concentration data are calculated as the free acid. The same applies, for example, to H 2 ZrF 6 or other acids which are present in the aqueous solution.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße wässrige Lösung mindestens eine aromatische Carbonsäure, vorzugsweise Salicylsäure, oder Derivate hiervon. Diese kann gemeinsam mit den Wismutionen und/oder dem Puffersystem anwesend sein. Sie ist vorzugsweise in einer Konzentration von mindestens 0,1 mg/l, vorzugsweise mindestens 1 mg/l und insbesondere mindestens 10 mg/l anwesend. Die Obergrenze der Konzentration ist wiederum eher ökonomisch als technisch bedingt. Beispielsweise kann als Konzentrations-Obergrenze der aromatischen Hydroxycarbonsäure 1000 mg/l, vorzugsweise 500 mg/l und insbesondere 400 mg/l gewählt werden.In a preferred embodiment, the aqueous solution according to the invention contains at least one aromatic carboxylic acid, preferably salicylic acid, or derivatives thereof. This may be present together with the bismuths and / or the buffer system. It is preferably present in a concentration of at least 0.1 mg / l, preferably at least 1 mg / l and especially at least 10 mg / l. The upper limit of concentration is again more economic than technical. For example, as the upper limit of the concentration of the aromatic hydroxycarboxylic acid 1000 mg / l, preferably 500 mg / l and in particular 400 mg / l can be selected.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße wässrige Lösung ein Puffersystem für den pH-Bereich von 2,5 bis 5,5, wie vorstehend beschrieben.In a further preferred embodiment, the aqueous solution according to the invention contains a buffer system for the pH range from 2.5 to 5.5, as described above.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße wässrige Lösung zusätzlich Aluminiumionen enthalten. Diese können in Form löslicher Salze, beispielsweise in Form der Nitrate eingebracht werden. In diesem Falle enthält die erfindungsgemäße wässrige Lösung vorzugsweise 1 bis 1.000 mg/l, insbesondere 10 bis 500 mg/l Aluminiumionen. Aluminiumionen können als „Fänger“ für überschüssige freie Fluoridionen dienen, da sie mit diesen stabile Fluorokomplexe bilden. Freie Fluoridionen entstehen in der erfindungsgemäßen wässrigen Lösung dadurch, dass sich das Metall M, beispielsweise Zirkonium, vermutlich in Form von Oxiden, auf den behandelten Metalloberflächen niederschlägt. Die ursprünglich an das Metall M gebundenen Fluoridionen werden hierbei frei. Die durch freie Fluoridionen erhöhte Beizwirkung der wässrigen Lösung kann durch Anwesenheit der Aluminiumionen in Folge der Komplexbildung reduziert werden.Furthermore, the aqueous solution according to the invention may additionally contain aluminum ions. These can be introduced in the form of soluble salts, for example in the form of the nitrates. In this case, the aqueous solution according to the invention preferably contains 1 to 1000 mg / l, in particular 10 to 500 mg / l of aluminum ions. Aluminum ions can serve as "scavengers" for excess free fluoride ions as they form stable fluoro complexes with them. Free fluoride ions are formed in the aqueous solution according to the invention in that the metal M, for example zirconium, presumably in the form of oxides, is deposited on the treated metal surfaces. The fluoride ions originally bound to the metal M are thereby released. The free-fluoride ionization action of the aqueous solution can be reduced by the presence of the aluminum ions due to complex formation.

Zusätzlich zu den bereits genannten Komponenten kann die erfindungsgemäße wässrige Lösung Verbindungen enthalten, die bei der schichtbildenden Phosphatierung als so genannte „Beschleuniger“ eingesetzt werden. Diese Beschleuniger haben die Eigenschaft, Wasserstoffatome, die beim Beizangriff der Säure auf die Metalloberfläche entstehen, abzufangen. Diese auch als „Depolarisation“ bezeichnete Reaktion erleichtert den Angriff der sauren Behandlungslösung auf die Metalloberfläche und beschleunigt hierdurch die Ausbildung der Korrosionsschutzschicht. Beispielsweise können Beschleuniger eingesetzt werden, die in dem vorstehend genannten Dokument DE 199 33 189 A1 aufgeführt sind:

  • 0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzolsulfonationen,
  • 0,1 bis 10 g/l Hydroxylamin in freier oder gebundener Form,
  • 0,05 bis 2 g/l m-Nitrobenzoationen,
  • 0,05 bis 2 g/l p-Nitrophenol,
  • 1 bis 70 mg/l Wasserstoffperoxid in freier oder gebundener Form,
  • 0,05 bis 10 g/l organische N-Oxide
  • 0,1 bis 3 g/l Nitroguanidin
  • 1 bis 500 mg/l Nitritionen
  • 0,5 bis 5 g/l Chlorationen.
In addition to the components already mentioned, the aqueous solution according to the invention may contain compounds which are used in the layer-forming phosphating process as so-called "accelerators". These accelerators have the property of trapping hydrogen atoms which form during the pickling attack of the acid on the metal surface. This reaction, also referred to as "depolarization", facilitates the attack of the acidic treatment solution on the metal surface and thereby accelerates the formation of the corrosion protection layer. For example, accelerators can be used, which in the above-mentioned document DE 199 33 189 A1 are listed:
  • 0.05 to 2 g / l of m-nitrobenzenesulfonate ions,
  • 0.1 to 10 g / l of hydroxylamine in free or bound form,
  • 0.05 to 2 g / l m-nitrobenzoate ions,
  • 0.05 to 2 g / l p-nitrophenol,
  • 1 to 70 mg / l of hydrogen peroxide in free or bound form,
  • 0.05 to 10 g / l of organic N-oxides
  • 0.1 to 3 g / l nitroguanidine
  • 1 to 500 mg / l nitrite ion
  • 0.5 to 5 g / l of chlorate ion.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße wässrige Lösung organische Polymere enthalten, deren positive Wirkung bei einer Korrosionsschutzbehandlung bekannt ist. Beispiele derartiger Polymere sind:

  1. a) Polymere oder Copolymere von ungesättigten Alkoholen oder deren Ester oder Ether,
  2. b) Polymere oder Copolymere von ungesättigten Carbonsäuren, Organophosphonsäuren, Organophosphinsäuren oder jeweils deren Salze, Ester oder Amide,
  3. c) Polyaminosäuren oder Proteine oder jeweils deren Salze, Ester oder Amide,
  4. d) Kohlehydrate oder deren Ester (inklusive Xanthogensäure-Ester) oder Ether,
  5. e) Polyamine, bei denen die Stickstoffatome in die Polymerkette eingebunden sind,
  6. f) Polyether,
  7. g) Polyvinylphenole und deren Substitutionsprodukte,
  8. h) Epoxidharze, Aminoplastharze, Tannine, Phenol-Formaldehydharze,
  9. i) Polymere und Copolymere von Vinylpyrrolidon.
Furthermore, the aqueous solution of the invention may contain organic polymers whose positive effect is known in a corrosion protection treatment. Examples of such polymers are:
  1. a) polymers or copolymers of unsaturated alcohols or their esters or ethers,
  2. b) Polymers or copolymers of unsaturated carboxylic acids, organophosphonic acids, organophosphinic acids or in each case their salts, esters or amides,
  3. c) polyamino acids or proteins or in each case their salts, esters or amides,
  4. d) carbohydrates or their esters (including xanthogen acid esters) or ethers,
  5. e) polyamines in which the nitrogen atoms are incorporated in the polymer chain,
  6. f) polyether,
  7. g) polyvinylphenols and their substitution products,
  8. h) epoxy resins, aminoplast resins, tannins, phenol-formaldehyde resins,
  9. i) Polymers and copolymers of vinylpyrrolidone.

Sofern derartige Polymere anwesend sind, liegt ihre Konzentration in der erfindungsgemäßen wässrigen Lösung vorzugsweise unterhalb von 2000 mg/l. Aus sekundären technischen Gründen wie beispielsweise zur Vereinfachung der Abwasserbehandlung kann es vorteilhaft sein, auf die Anwesenheit von organischen Polymeren in der erfindungsgemäßen wässrigen Lösung weitgehend oder vollständig zu verzichten. Demnach ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung nicht mehr als 1 mg/l organisches Polymer enthält. Unter dieser Bedingung ist es weiterhin bevorzugt, dass die erfindungsegemäße wässrige Lösung zusätzlich 10 bis 1.000 mg/l, vorzugsweise 50 bis 500 mg/l Silizium in Form von Kieselsäurepartikel mit einer mittleren Teilchengröße unterhalb von 1 µm enthält. Die genannten Kieselsäure-Partikel mit einer mittleren Teilchengröße unterhalb von 1 µm sind dem hier betroffenen Fachmann unter unterschiedlichen generischen Bezeichnungen bekannt. Beispielsweise werden sie als kolloide Kieselsäure, Fällungskieselsäure oder pyrogene Kieselsäure bezeichnet. Die mittlere Teilchengröße, die vorzugsweise im Bereich von etwa 0,01 µm bis etwa 1 µm liegt, lässt sich durch Lichtbeugungsmethoden oder elektronenmikroskopisch bestimmen.If such polymers are present, their concentration in the aqueous solution according to the invention is preferably below 2000 mg / l. For secondary technical reasons, for example to simplify wastewater treatment, it may be advantageous to substantially or completely dispense with the presence of organic polymers in the aqueous solution according to the invention. Thus, a preferred embodiment of the present invention is characterized in that the aqueous solution does not contain more than 1 mg / L of organic polymer. Under this condition, it is further preferred that the inventive aqueous solution additionally contains 10 to 1000 mg / l, preferably 50 to 500 mg / l of silicon in the form of silica particles having a mean particle size below 1 micron. The abovementioned silica particles having an average particle size of less than 1 μm are known to the person skilled in the art under different generic names. For example, they are referred to as colloidal silica, precipitated silica or fumed silica. The average particle size, which is preferably in the range from about 0.01 μm to about 1 μm, can be determined by light diffraction methods or by electron microscopy.

Die Behandlungslösung gemäß der vorliegenden Erfindung kann am Einsatzort durch Auflösen der genannten Komponenten in Wasser und Einstellen des pH-Werts hergestellt werden. Diese Vorgehensweise ist in der Praxis jedoch unüblich. The treatment solution according to the present invention can be prepared on-site by dissolving the above components in water and adjusting the pH. However, this procedure is unusual in practice.

Stattdessen werden in der Praxis üblicherweise wässrige Konzentrate zur Verfügung gestellt, aus denen am Einsatzort durch Verdünnen mit Wasser und erforderlichenfalls Einstellen des pH-Werts die anwendungsfertige erfindungsgemäße wässrige Lösung hergestellt. Dementsprechend gehört ein wässriges Konzentrat, das beim Verdünnen mit Wasser um einen Faktor von etwa 10 bis etwa 100, insbesondere um einen Faktor im Bereich von etwa 20 bis etwa 50 und erforderlichenfalls Einstellen des pH-Wertes eine saure, chromfreie, wässrige Lösung von Fluoro-Komplexen gemäß vorstehender Beschreibung der Erfindung ergibt, ebenfalls zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.Instead, in practice aqueous concentrates are usually made available, from which the ready-to-use aqueous solution according to the invention is prepared on site by dilution with water and, if necessary, adjustment of the pH. Accordingly, an aqueous concentrate which when diluted with water includes a factor of from about 10 to about 100, more preferably a factor in the range of from about 20 to about 50 and, if necessary, adjusting the pH, comprises an acidic, chromium-free, aqueous solution of fluorochemicals. Complexes according to the above description of the invention, also forms the subject of the present invention.

Die erfindungsgemäßen Konzentrate können zur Stabilisierung Polymere mit verdickenden und/oder dispergierenden Eigenschaften enthalten. Beispiele derartiger Polymere sind Polymere oder Copolymere von ungesättigten Carbonsäuren, Kohlehydrate oder Proteine. Diese können in einer Konzentration bis zu 50 g/l anwesend sein.The concentrates according to the invention may contain polymers with thickening and / or dispersing properties for stabilization. Examples of such polymers are polymers or copolymers of unsaturated carboxylic acids, carbohydrates or proteins. These can be present in a concentration of up to 50 g / l.

Aus Stabilitätsgründen sind derartige erfindungsgemäßen Konzentrate oft so eingestellt, dass beim Verdünnen mit Wasser der pH-Wert nicht unmittelbar im erforderlichen Bereich liegt. In diesem Fall muss nach dem Verdünnen mit Wasser der pH-Wert entweder nach unten oder nach oben korrigiert werden. Ein Einstellen nach unten erfolgt durch Zugabe einer Säure, wobei sich im vorliegenden Fall entweder die Säureform des Fluoro-Komplexes des Metalls M oder Salpetersäure anbietet. Eine Einstellung des pH-Wertes nach oben kann mit einer beliebigen basischen Substanz erfolgen, beispielsweise mit einer Lösung von Alkalimetallhydroxiden oder -carbonaten, Ammoniak oder organischen Aminen. Zum Erhöhen des pH-Wertes können jedoch auch basisch wirkende Verbindungen oder Salze, wie beispielsweise Oxide, Hydroxide oder Carbonate von Metallen eingesetzt werden, die mögliche Wirkkomponenten in der Behandlungslösung darstellen. Beispielsweise können hier für Oxide, Hydroxide oder Carbonate von Magnesium oder Zink verwendet werden.For reasons of stability, such concentrates according to the invention are often adjusted so that, when diluted with water, the pH is not directly within the required range. In this case, after diluting with water, adjust the pH either down or up. Downward adjustment is by addition of an acid, in which case either the acid form of the fluoro-complex of the metal M or nitric acid is available. An adjustment of the pH value can be carried out with any basic substance, for example with a solution of alkali metal hydroxides or carbonates, ammonia or organic amines. However, to increase the pH, it is also possible to use basic compounds or salts, such as, for example, oxides, hydroxides or carbonates of metals, which are possible active components in the treatment solution. For example, for oxides, hydroxides or carbonates of magnesium or zinc can be used here.

Zur vorliegenden Erfindung gehört weiterhin ein Verfahren zur Korrosionsschutzbehandlung von blanken Metalloberflächen, wobei man die Metalloberflächen mit einer vorstehend beschriebenen wässrigen Lösung der Erfindung in Kontakt bringt.The present invention further includes a process for anticorrosive treatment of bare metal surfaces by contacting the metal surfaces with an aqueous solution of the invention as described above.

Dabei kann es bevorzugt sein, dass man die Metalloberfläche nach dem Kontakt mit der erfindungsgemäßen wässrigen Lösung mit einer wässrigen Lösung nachspült, die eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus Verbindungen oder Salzen der Elemente Cobalt, Nickel, Zinn, Kupfer, Titan und Zirkon und/oder aus wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren organischen Polymeren enthält. It may be preferred that the metal surface is rinsed after contact with the aqueous solution according to the invention with an aqueous solution containing one or more components selected from compounds or salts of the elements cobalt, nickel, tin, copper, titanium and zirconium and / or of water-soluble or water-dispersible organic polymers.

Unter „blanken“ Metalloberflächen werden Metalloberflächen verstanden, die noch keine korrosionsschützende Beschichtung tragen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich also um den ersten oder einzigen Behandlungsschritt, der eine Korrosionsschutzschicht erzeugt, die wiederum als Basis für eine nachfolgende Lackierung dienen kann. Es handelt sich also nicht um eine Nachbehandlung einer zuvor erzeugten Korrosionsschutzschicht wie beispielsweise einer Phosphatschicht.By "bare" metal surfaces are meant metal surfaces that do not yet carry a corrosion-protective coating. Thus, the method according to the invention is the first or only treatment step which produces a corrosion protection layer, which in turn can serve as the basis for a subsequent coating. It is therefore not a post-treatment of a previously generated corrosion protection layer such as a phosphate layer.

Für die Behandlung der Metalloberfläche mit der erfindungsgemäßen wässrigen Lösung gilt allgemein:For the treatment of the metal surface with the aqueous solution according to the invention, the general rule is:

Man bringt die blanke Metalloberfläche für eine Zeit im Bereich von 0,5 bis 10 Minuten, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 Minuten mit der erfindungsgemäßen sauren wässrigen Lösung in Kontakt. Dies kann beispielsweise durch Eintauchen in die Behandlungslösung oder durch Besprühen mit der Behandlungslösung erfolgen. Die Temperatur der erfindungsgemäßen wässrigen Lösung liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 15 bis 60 °C, insbesondere im Bereich von 25 bis 50 °C. Nach diesem Kontakt wird vorzugsweise mit Wasser, insbesondere mit vollentsalztem Wasser nachgespült. Hieran kann sich fakultativ die vorstehend beschriebene Nachspülung anschließen. In diesem Falle wird anschließend nochmals mit Wasser gespült.The bare metal surface is brought into contact with the acidic aqueous solution according to the invention for a time in the range from 0.5 to 10 minutes, preferably in the range from 1 to 5 minutes. This can be done for example by immersion in the treatment solution or by spraying with the treatment solution. The temperature of the aqueous solution according to the invention is preferably in the range from 15 to 60 ° C., in particular in the range from 25 to 50 ° C. After this contact is preferably rinsed with water, especially with demineralized water. This may optionally be followed by the rinsing described above. In this case, then rinsed again with water.

Erfindungsgemäß sind keine Maßnahmen erforderlich und sollen vorzugsweise sogar vermieden werden, durch die die Metalloberfläche nach dem Kontakt mit der erfindungsgemäßen wässrigen Lösung und vor der Beschichtung mit dem kathodisch abscheidbaren Elektrotauchlack getrocknet wird. Ein unbeabsichtigtes Trocken kann jedoch bei Anlagenstillstand eintreten, wenn sich die behandelte Metalloberfläche, beispielsweise eine Automobilkarosserie oder ein Teil hiervon, zwischen dem Bad mit der wässrigen Lösung des Fluoro-Komplexes und dem Elektrotauchlack-Bad an der Luft befindet. Diese unbeabsichtigte Trocknung ist jedoch unschädlich. Man kann aber auch die behandelten Metalloberflächen trocknen, bevor man sie mit einem kahodischen Elektrotauchlack oder mit einem anderen Lack wie beispielsweise einem Pulverlack beschichtet.According to the invention, no measures are required and should preferably even be avoided by which the metal surface is dried after contact with the aqueous solution according to the invention and before coating with the cathodically depositable electrodeposition paint. However, inadvertent drying may occur during plant downtime when the treated metal surface, such as an automobile body or part thereof, is in the air between the aqueous solution of the fluoro-complex and the electrocoating bath. However, this unintentional drying is harmless. But you can also dry the treated metal surfaces before they are coated with a kahodischen electrocoating or with another paint such as a powder coating.

Die nachfolgenden Versuche zeigen beispielhaft die Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung führten.The following experiments exemplify the investigations that led to the present invention.

Als Substrat für die nachstehenden Versuche wurden Probebleche aus kalt gewalztem Stahl eingesetzt, wie er im Automobilbau verwendet wird. Alle Verfahrensschritte wurden als Tauchverfahren durchgeführt. Abkürzungen: VE-Wasser = vollentsalztes Wasser, RT = Raumtemperatur, Min. = Minuten, KTL = kathodische Elektrotauchlackierung. Tabelle 1: Allgemeiner Verfahrensablauf. Prozessschritt Badzusammensetzung Badtemperatur pH-Wert Behandlungsdauer Reinigung Alkalischer Reiniger der Anmelderin: 3% RidolineR 1562 + 0,3% RidosolR 1561 60 °C Alkalisch 5 Min. Spüle Betriebswasser RT 1 Min. Spüle VE-Wasser RT 1 Min. Vorbehandlung Gemäß Tabellen (Zirkon wird als H2ZrF6 eingesetzt) 30 °C Gemäß Tabellen 3 Min. Spüle VE-Wasser RT 0,5 Min. Fakultative Trocknung (vergl. Tabellen) Trockenschrank 50 °C 60 Min. KTL Elektrotauchlack „CathoguardR” 310 der Firma BASF Tabelle 2: Badzusammensetzung zur Vorbehandlung in der Verfahrensfolge gemäß Tabelle 1 mit Trocknung nach Vorbehandlung und Korrosionsergebnisse: Wechselklimatest nach VDA 621415: Korrosion am Schnitt nach 70 Tagen in mm, und Steinschlag nach 70 Tagen, Skala von 0,5-5 (je kleiner, desto besser) Badzusammensetzung Wechselklimatest: Korrosion Wechselklimatest: Steinschlag Vergleich 1: 3,4 4,5 150 mg/l Zr, pH 4, Beispiel 1: 1,9 3,5 150 mg/l Zr + 50 mg/l Salicylsäure, pH 4, Beispiel 2: 1,6 4,0 150 mg/l Zr + 200 mg/l Salicylsäure, pH 4, Vergleich 2: 9,3 5,0 150 mg/l Zr + 200 mg/l Zitronensäure, pH 4 As a substrate for the following experiments, cold rolled steel test sheets were used, as used in the automotive industry. All process steps were carried out as a dipping process. Abbreviations: demineralised water = deionized water, RT = room temperature, min. = Minutes, cathodic electrocoating. Table 1: General procedure. process step Bath composition bath temperature PH value duration of treatment cleaning Applicant's Alkaline Cleaner: 3% Ridoline R 1562 + 0.3% Ridosol R 1561 60 ° C Alkaline 5 min. kitchen sink Process water RT 1 min. kitchen sink VE water RT 1 min. preparation According to tables (Zircon is used as H 2 ZrF 6 ) 30 ° C According to tables 3 min. kitchen sink VE water RT 0,5 min. Optional drying (see tables) drying cabinet 50 ° C 60 min. KTL Electrocoating "Cathoguard R" 310 from BASF Table 2: Bath composition for pretreatment in the process sequence according to Table 1 with drying after pretreatment and corrosion results: Intermediate climate test according to VDA 621415: Corrosion on the cut after 70 days in mm, and rockfall after 70 days, scale of 0.5-5 (the smaller, the better) Bath composition AC climate test: corrosion Wechselklimatest: rockfall Comparison 1: 3.4 4.5 150 mg / l Zr, pH 4, Example 1: 1.9 3.5 150 mg / l Zr + 50 mg / l salicylic acid, pH 4, Example 2: 1.6 4.0 150 mg / l Zr + 200 mg / l salicylic acid, pH 4, Comparison 2: 9.3 5.0 150 mg / l Zr + 200 mg / l citric acid, pH 4

Ergebnis:Result:

Die Beispiele 1 und 2 belegen den günstigen Effekt eines Zusatzes von Salicylsäure, wenn die Vorbehandlungsschicht getrocknet wird. Demgegenüber wirkt sich ein Zusatz von Zitronensäure (Vergleich 2) eher negativ aus. Tabelle 3: Badzusammensetzung zur Vorbehandlung in der Verfahrensfolge gemäß Tabelle 1 ohne Trocknung nach Vorbehandlung („nass in nass“) und Korrosionsergebnisse: Wechselklimatest nach VDA 621415: Korrosion am Schnitt nach 35 Tagen in mm. Badzusammensetzung Wechselklimatest: Korrosion Vergleich 3: 150 mg/l Zr, pH 4 1,5 Beispiel 3: 150 mg/l Zr, 400 mg/l Nitrat (eingesetzt als Salpetersäure), 200 mg/l Si (eingesetzt als kolloide Kieselsäure), pH 4 1,3 Examples 1 and 2 demonstrate the beneficial effect of adding salicylic acid when the pretreatment layer is dried. In contrast, an addition of citric acid (comparison 2) has a rather negative effect. Table 3: Bath composition for pretreatment in the process sequence according to Table 1 without drying after pretreatment ("wet on wet") and corrosion results: Alternating climate test according to VDA 621415: corrosion at the cut after 35 days in mm. Bath composition AC climate test: corrosion Comparison 3: 150 mg / l Zr, pH 4 1.5 Example 3: 150 mg / l Zr, 400 mg / l nitrate (used as nitric acid), 200 mg / l Si (used as colloidal silicic acid), pH 4 1.3

Ergebnis:Result:

Das Beispiel 3 belegt den günstigen Effekt eines Zusatzes von Nitrat und Kieselsäure, wenn die Vorbehandlungsschicht nicht getrocknet wird.Example 3 demonstrates the beneficial effect of adding nitrate and silica if the pretreatment layer is not dried.

Vergleich 4, Beispiel 4:Comparison 4, Example 4:

Im Verfahrensablauf nach Tabelle 1 wurde zur Vorbehandlung (Behandlungsdauer: 5 Min.) folgende Behandlungslösung eingesetzt, wobei zum einen (Vergleich 4) nach der Vorbehandlung getrocknet wurde und zum anderen (Beispiel 4) nach der Vorbehandlung und vor der Tauchlackierung nicht getrocknet wurde: 150 mg/l Zr, 400 mg/l Nitrat (eingesetzt als Salpetersäure), 200 mg/l Si (eingesetzt als kolloide Kieselsäure), pH 3,8.In the course of the process according to Table 1, the following treatment solution was used for the pretreatment (treatment time: 5 min.), On the one hand (comparison 4) being dried after the pretreatment and on the other hand (example 4) not being dried after pretreatment and before dip-coating: 150 mg / l Zr, 400 mg / l nitrate (used as nitric acid), 200 mg / l Si (used as colloidal silicic acid), pH 3.8.

Korrosionsergebnisse: Wechselklimatest nach VDA 621415: Korrosion am Schnitt nach 70 Tagen in mm: Vergleich 4 (mit Trocknung): 3,9 mm Beispiel 4 (ohne Trocknung): 3,6 mm Corrosion results: Interaction climate test according to VDA 621415: Corrosion at cut after 70 days in mm: Comparison 4 (with drying): 3.9 mm Example 4 (without drying): 3.6 mm

Ergebnis:Result:

Das Beispiel 4 zeigt, dass bei Anwesenheit von Nitrat und Kieselsäure beim Unterlassen der Trocknung bessere Ergebnisse erzielt werden als mit Trocknung. Tabelle 5: Badzusammensetzung zur Vorbehandlung in der Verfahrensfolge gemäß Tabelle 5 ohne Trocknung nach Vorbehandlung und Korrosionsergebnisse: Wechselklimatest nach VDA 621415: Korrosion am Schnitt nach 70 Tagen in mm, und Steinschlag nach 70 Tagen, Skala von 0,5 bis 5 (je kleiner desto besser). Badzusammensetzung Wechselklimatest: Korrosion Wechselklimatest: Steinschlag Vergleich 5 3,1 4,5 150 mg/l Zr, pH 4 Beispiel 5 1,3 3,7 150 mg/l Zr + 20 mg/l Cu, pH 4 Beispiel 6 1,1 3,2 150 mg/l Zr + 20 mg/l Cu + 200 mg/l Si, pH 4 Example 4 shows that in the presence of nitrate and silica in the absence of drying better results are achieved than with drying. Table 5: Bath composition for pretreatment in the process sequence according to Table 5 without drying after pretreatment and corrosion results: Alternating climate test according to VDA 621415: Corrosion at cut after 70 days in mm, and rockfall after 70 days, scale from 0.5 to 5 (the smaller the better). Bath composition AC climate test: corrosion Wechselklimatest: rockfall Comparison 5 3.1 4.5 150 mg / l Zr, pH 4 Example 5 1.3 3.7 150 mg / l Zr + 20 mg / l Cu, pH 4 Example 6 1.1 3.2 150 mg / l Zr + 20 mg / l Cu + 200 mg / l Si, pH 4

Ergebnis:Result:

Das Beispiel 5 belegt, dass die Zugabe von 20 mm/l Kupfer (als Cu(NO)3 im „nass-in-nass“-Verfahren deutlich günstigere Unterwanderungswerte im Wechselklimatest liefert. Die weitere Zugabe von 200 mm/l Silicium in Form kolloidaler Kieselsäure (Beispiel 6) eine deutliche Verbesserung des K-Wertes im Steinschlagtest nach DIN 55996-1 liefert. Tabelle 6: Badzusammensetzung zur Vorbehandlung in der Verfahrensfolge gemäß Tabelle 1 ohne Trocknung („nass-in-Nass“) nach Vorbehandlung und Korrosionsergebnisse: Wechselklimatest nach VDA 621415: Korrosion am Schnitt nach 70 Tagen in mm, und Steinschlag nach 70 Tagen gemäß DIN 559966-1, Skala von 0,5 bis 5 (je kleiner desto besser). Badzusammensetzung Wechselklimatest: Korrosion Wechselklimatest: Steinschlag Beispiel 7 0,9 3,7 150 mg/l Zr + 5 mg/l Cu + 50 mg/l Si, pH 4 Beispiel 8 0,7 2,3 150 mg/l Zr + 5 mg/l Cu + 50 mg/l Si + 50 mg Nitroguanidin, pH 4 Example 5 shows that the addition of 20 mm / l copper (as Cu (NO) 3 in the "wet-on-wet" process provides significantly better undercrossing values in the alternating climate test.) Further addition of 200 mm / l silicon in the form of colloidal Silica (Example 6) gives a marked improvement in the K value in the stone impact test according to DIN 55996-1. Bath composition for pretreatment in the process sequence according to Table 1 without drying ("wet-on-wet") after pretreatment and corrosion results: Alternating climate test according to VDA 621415: Corrosion on the cut after 70 days in mm, and rockfall after 70 days according to DIN 559966-1, Scale from 0.5 to 5 (the smaller the better). Bath composition AC climate test: corrosion Wechselklimatest: rockfall Example 7 0.9 3.7 150 mg / l Zr + 5 mg / l Cu + 50 mg / l Si, pH 4 Example 8 0.7 2.3 150 mg / l Zr + 5 mg / l Cu + 50 mg / l Si + 50 mg nitroguanidine, pH 4

Ergebnis:Result:

Die Beispiele 7 und 8 zeigen im Vergleich, dass die Zugabe des Beschleunigers Nitroguanidin (50 mm/l) eine weitere Verbesserung der Lackunterwanderung im Wechselklimatest und im kombinierten Wechselklima- und Steinschlagtest ergibt.Examples 7 and 8 show in comparison that the addition of the accelerator nitroguanidine (50 mm / l) gives a further improvement in paint undercutting in the alternating climate test and in the combined cyclone and stone impact test.

Claims (13)

Saure, chromfreie wässrige Lösung eines Fluoro-Komplexes mindestens eines Elements M ausgewählt aus der Gruppe B, Si, Ti, Zr und Hf mit einem pH-Wert im Bereich von 2 bis 5,5 zur Behandlung von Metalloberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich a) sowohl Zinkionen als auch Magnesiumionen, b) eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus: Zinnionen, Wismutionen, Puffersystemen für den pH-Bereich von 2,5 bis 5,5, aromatischen Carbonsäuren mit mindestens zwei Gruppen, die Donoratome enthalten, oder Derivaten solcher Carbonsäuren, c) Kupferionen und/oder Silberionen enthält.Acid, chromium-free aqueous solution of a fluoro-complex of at least one element M selected from the group B, Si, Ti, Zr and Hf with a pH in the range from 2 to 5.5 for the treatment of metal surfaces, characterized in that they additionally a) both zinc ions and magnesium ions, b) one or more components selected from tin ions, bismuthions, pH 2.5 to 5.5 buffer systems, aromatic carboxylic acids having at least two groups containing donor atoms, or derivatives of such carboxylic acids, c) copper ions and / or Contains silver ions. Wässrige Lösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine solche Menge an Fluoro-Komplex enthält, dass die Konzentration des Elements M im Bereich von 1 bis 5000 mg/l, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 1000 mg/l und insbesondere im Bereich von 10 bis 500 mg/l liegt.Aqueous solution after Claim 1 Characterized in that it contains an amount of fluoro complex in that the concentration of the element M in the range of 1 to 5000 mg / l, preferably in the range of 5 to 1000 mg / l and more particularly in the range of 10 to 500 mg / l is. Wässrige Lösung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluoro-Komplex das Element M ausgewählt ist aus der Gruppe Si, Ti, Zr und Hf und dass die wässrige Lösung im Mittel mindestens 1, vorzugsweise mindestens 3, insbesondere mindestens 5 Fluorionen pro Ion des Elements M enthält.Aqueous solution after one or both of Claims 1 and 2 , characterized in that in the fluoro complex, the element M is selected from the group Si, Ti, Zr and Hf and that the aqueous solution contains on average at least 1, preferably at least 3, in particular at least 5 fluorine ions per ion of the element M. Wässrige Lösung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluoro-Komplex sechs Fluorionen pro Ion des Elements M vorliegen und dass die wässrige Lösung darüber hinaus noch 1 bis 1000 mg/l Fluoridionen enthält, die nicht an das Element M gebunden sind.Aqueous solution after Claim 3 , characterized in that there are six fluorine ions per ion of the element M in the fluoro-complex and that the aqueous solution additionally contains 1 to 1000 mg / l of fluoride ions which are not bound to the element M. Wässrige Lösung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aromatische Carbonsäure ausgewählt ist aus Hydroxycarbonsäuren, Aminocarbonsäuren, Nitrocarbonsäuren und Carbonsäuren mit mindestens zwei Carboxylgruppen, oder Derivaten hiervon.Aqueous solution according to one or more of Claims 1 to 4 , characterized in that the aromatic carboxylic acid is selected from hydroxycarboxylic acids, aminocarboxylic acids, nitrocarboxylic acids and carboxylic acids having at least two carboxyl groups, or derivatives thereof. Wässrige Lösung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1 bis 1000 mg/l der genannten aromatischen Carbonsäure, oder Derivaten hiervon, enthält.Aqueous solution according to one or more of Claims 1 to 5 , characterized in that it contains 0.1 to 1000 mg / l of said aromatic carboxylic acid, or derivatives thereof. Wässrige Lösung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich 0,1 bis 5000 mg/l Nitrationen enthält.Aqueous solution according to one or more of Claims 1 to 6 , characterized in that it additionally contains 0.1 to 5000 mg / l nitrate ions. Wässrige Lösung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1 bis 300 mg/l, vorzugsweise 1 bis 30 mg/l Kupfer- und/oder Silberionen enthält.Aqueous solution according to one or more of Claims 1 to 7 , characterized in that it contains 0.1 to 300 mg / l, preferably 1 to 30 mg / l copper and / or silver ions. Wässrige Lösung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie nicht mehr als 1 mg/l organisches Polymer enthält.Aqueous solution according to one or more of Claims 1 to 8th , characterized in that it contains not more than 1 mg / l of organic polymer. Wässrige Lösung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich 10 bis 1000 mg/l, vorzugsweise 50 bis 500 mg/l Silicium in Form von KieselsäurePartikel mit einer mittleren Teilchengröße unterhalb von 1 µm enthält.Aqueous solution after Claim 9 , characterized in that it additionally contains 10 to 1000 mg / l, preferably 50 to 500 mg / l silicon in the form of silica particles having a mean particle size below 1 micron. Wässriges Konzentrat, das beim Verdünnen mit Wasser um einen Faktor zwischen 10 und 100 und erforderlichenfalls Einstellen des pH-Wertes eine wässrige Lösung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 ergibt.Aqueous concentrate which dilutes with water by a factor between 10 and 100 and, if necessary, adjusts the pH value of an aqueous solution according to one or more of the Claims 1 to 10 results. Verfahren zur Korrosionsschutzbehandlung von blanken Metalloberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Metalloberflächen mit einer wässrigen Lösung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 in Kontakt bringt.Process for the corrosion protection treatment of bare metal surfaces, characterized in that the metal surfaces are treated with an aqueous solution according to one or more of Claims 1 to 10 brings in contact. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Metalloberfläche nach dem Kontakt mit der wässrigen Lösung eines Fluoro-Komplexes mit einer wässrigen Lösung nachspült, die eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus Verbindungen oder Salzen der Elemente Cobalt, Nickel, Zinn, Kupfer, Titan und Zirkon und/oder aus wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren organischen Polymeren enthält.Method according to Claim 12 , characterized in that after contact with the aqueous solution of a fluoro-complex, the metal surface is rinsed with an aqueous solution which contains one or more components selected from compounds or salts of the elements cobalt, nickel, tin, copper, titanium and zirconium and / or from water-soluble or water-dispersible organic polymers.
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